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문제 정의
- 본 연구는 중량식 라이시미터를 이용하여 천궁의 실시간 증산량을 관측하고 증산에 영향을 미치는 기상 요소와의 관계를 구명하여 천궁의 생장 모델 개발을 위한 기초 자료를 확보하고자 수행을 하였다.
제안 방법
- 0.01% 분해능을 가지는 250 ㎏ 용량의 로드셀 4 개를 설치하였고 로드셀 상단에 천궁이 식재된 용기를 올린 후 재배 용기의 무게 변화를 측정하였다. 로드셀 신호는 데이터로거 (CR1000, Campbell Scientific Inc.
- 기온과 일사량이 천궁의 증산에 미치는 영향을 조사하기 위하여 군락 엽면적이 발달하여 환경변화에도 증산량의 편차가 적고 충분한 증산량을 가지는 5월 25일부터 6월 8일까지 15 일간 분석을 하였다. 천궁의 증산은 일출과 동시에 일사량이 증가함에 따라 증산이 높아졌고 일몰과 함께 증산이 낮아지는 경향을 잘 나타내었다.
- , Vantaa, Finland)를 사용하여 10 분 간격으로 관측을 하였다. 대기의 수증기압은 Tetens 식에 의한 포화수증기압을 구한 후 상대습도를 곱하여 수증기압을 산출하였고 포화수증기압에서 수증기압을 뺀 값으로 대기의 수증기압 차이를 계산하였다.
- 특히 온실 내 설치된 일사계는 그림자에 의한 일사가 차단 될 수 있으나 라이시미터에 생장하는 천궁은 일부만 그림자가 발생하므로 일사량 관측 자료와 천궁에 유입되는 단파복사량의 차이가 발생하게 된다. 따라서 시설내 구조물 특성에 따른 복사 특성과 환기 등 시설관리에 따른 온도 변화 등의 기상환경 차이를 조사하기 위하여 온실내 미기상 관측자료와 노지 기상 관측자료를 비교하였다 (Fig. 2).
- 따라서 일사 유입량에 엽면적을 곱하여 천궁 잎의 수광면적을 보정하여 하루 동안 증산량 변화와의 관계를 조사하였다 (Fig. 6).
- , Logan, UT, USA)에 직접 연결하여 1 분 마다 신호값을 측정한 후 10 분 간격으로 관측 자료의 평균값을 기록하였다. 라이시미터에서 10 분 간격으로 측정한 무게의 감소량을 증산으로 간주하였고 잠열 방출량을 산출하였다.
- 0 m 높이에서 정사영상을 촬영하였다. 엽면적 분석을 위하여 Image J 소프트웨어 [National Institutes of Health (NIH), Bethesda, MD, USA]를 사용하여 이미지 분석을 하였으며 태양에 의해 잎 표면에서 반사되는 영향을 최소화 하기 위하여 일몰 이후에 영상을 촬영하여 이미지를 획득, 문턱값 (threshhold) 조절 및 pixel 분석의 순으로 엽면적을 구하였다.
- 외부 기상환경이 온실의 미기상에 미치는 영향을 조사하기 위하여 연구소 기상관측 포장에서 관측된 자료와 비교를 하였다.
- 센서를 설치하여 조사하였다. 일사량은 CMP 6 단파 복사 센서 (Kipp & Zonen Co., Delft, Netherlands), 기온과 상대습도는 HMP 155 센서 (Vaisala Inc., Vantaa, Finland)를 사용하여 10 분 간격으로 관측을 하였다. 대기의 수증기압은 Tetens 식에 의한 포화수증기압을 구한 후 상대습도를 곱하여 수증기압을 산출하였고 포화수증기압에서 수증기압을 뺀 값으로 대기의 수증기압 차이를 계산하였다.
- 재배기간 동안 엽면적 분석을 위하여 4, 000×3, 000 pixel의 출력 해상도를 가지는 휴대폰 카메라를 이용하여 천궁 군락 상단 1.0 m 높이에서 정사영상을 촬영하였다. 엽면적 분석을 위하여 Image J 소프트웨어 [National Institutes of Health (NIH), Bethesda, MD, USA]를 사용하여 이미지 분석을 하였으며 태양에 의해 잎 표면에서 반사되는 영향을 최소화 하기 위하여 일몰 이후에 영상을 촬영하여 이미지를 획득, 문턱값 (threshhold) 조절 및 pixel 분석의 순으로 엽면적을 구하였다.
- 5 ㎝ 크기의 폴리에틸렌 재질로 된 사각 용기를 사용하였으며 복사에 의한 토양온도 상승을 억제하기 위해 1㎝ 두께의 알루미늄과 폴리에틸렌 재질 완충재를 용기 외부에 부착을 하였다. 재배용기에 직경 1㎝ 정도의 화산석을 5㎝ 높이로 깔고 사양질계 토양 (Sangju series, Coarse loamy, mixed, mesic family of Dystric Fluventic Eutroudepts)을 충진한 후 3월 30일에 종근 10 주를 파종하였다. 천궁의 잎이 출현한 후 수분증발을 막기 위하여 0.
- 천궁 군락으로 유입되는 일사량 등 미기상은 1 m 높이에 관측 센서를 설치하여 조사하였다. 일사량은 CMP 6 단파 복사 센서 (Kipp & Zonen Co.
- 천궁을 지상부와 지하부로 나누어 수확하였고 수돗물로 세척한 후 물기를 제거하고 생체중을 측정하였으며 60℃에서 48 시간 건조시킨 후 건물중을 조사하였다. 건물중에 탄소계수 0.
- 재배용기에 직경 1㎝ 정도의 화산석을 5㎝ 높이로 깔고 사양질계 토양 (Sangju series, Coarse loamy, mixed, mesic family of Dystric Fluventic Eutroudepts)을 충진한 후 3월 30일에 종근 10 주를 파종하였다. 천궁의 잎이 출현한 후 수분증발을 막기 위하여 0.05 ㎜ 폴리에틸렌 필름으로 피복하였다. 토양수분을 일정하게 유지하기 위해 재배용기 하단의 외부 측면에 수위 관측용 튜브를 설치하였고, 피복 필름 하단에는 관수용 튜브를 설치하여 주기적으로 수분을 공급하여 수위가 5 ㎝ 정도 유지되도록 재배하였다.
- 천궁의 증산량은 중량식 라이시미터를 제작하여 관측하였다. 0.
- 05 ㎜ 폴리에틸렌 필름으로 피복하였다. 토양수분을 일정하게 유지하기 위해 재배용기 하단의 외부 측면에 수위 관측용 튜브를 설치하였고, 피복 필름 하단에는 관수용 튜브를 설치하여 주기적으로 수분을 공급하여 수위가 5 ㎝ 정도 유지되도록 재배하였다.
대상 데이터
- 본 연구는 경상북도 봉화군 봉성면 (E 36°90′05″, N 128°80′84″)에 위치한 봉화약용작물연구소 3 연동 비닐온실 (폭 24.0m×길이 40.5m×높이 6.5m)에서 수행을 하였다. 천궁 (Cnidium officinale Makino)은 폭 45.
- 5m)에서 수행을 하였다. 천궁 (Cnidium officinale Makino)은 폭 45.5㎝, 길이 110.0 ㎝, 높이 35.5 ㎝ 크기의 폴리에틸렌 재질로 된 사각 용기를 사용하였으며 복사에 의한 토양온도 상승을 억제하기 위해 1㎝ 두께의 알루미늄과 폴리에틸렌 재질 완충재를 용기 외부에 부착을 하였다. 재배용기에 직경 1㎝ 정도의 화산석을 5㎝ 높이로 깔고 사양질계 토양 (Sangju series, Coarse loamy, mixed, mesic family of Dystric Fluventic Eutroudepts)을 충진한 후 3월 30일에 종근 10 주를 파종하였다.
데이터처리
- 01% 분해능을 가지는 250 ㎏ 용량의 로드셀 4 개를 설치하였고 로드셀 상단에 천궁이 식재된 용기를 올린 후 재배 용기의 무게 변화를 측정하였다. 로드셀 신호는 데이터로거 (CR1000, Campbell Scientific Inc., Logan, UT, USA)에 직접 연결하여 1 분 마다 신호값을 측정한 후 10 분 간격으로 관측 자료의 평균값을 기록하였다. 라이시미터에서 10 분 간격으로 측정한 무게의 감소량을 증산으로 간주하였고 잠열 방출량을 산출하였다.
- 통계분석은 SigmaPlot 14 프로그램 (Systat Software Inc., San Jose, CA, USA)을 사용하였으며, 경시적 생육 일수와 엽면적 변화는 logistic 회귀분석을 실시하였고, 노지와 온실의 기상 특성간 선형 회귀분석을 실시하여 관계 분석을 하였다.
이론/모형
- 토양은 토양 및 식물체 분석법 (NIAS, 2000)에 따라 토양 화학성과 토성을 분석하였다.
성능/효과
- 5%로 조사되었다. 21 일부터 29 일까지 유입 일사량의 평균 값은 17.2 MJ·day−1, 잠열 방출량은 평균 4.3MJ·day−1, 일사량에 대한 잠열 방출 비율은 평균 25.4%였고, 30 일에서 39 일까지의 일사 유입량은 평균 27.4MJ·day−1, 잠열 방출은 평균 6.7 MJ·day−1, 유입 일사량에 대한 잠열 방출 비율은 24.6%였다. 40 일에서 49 일까지의 평균 일사 유입량은 평균 32.
- pH는 6.6, EC 1.15dS·m−1, 유기물 22.8g·㎏−1, 유효인산 320㎎·㎏−1으로 적합하였으나 치환성 K 함량은 0.15 c㏖c·㎏−1로 낮았고 치환성 Ca는 11.3c㏖c·㎏−1, 치환성 Mg 는 2.42 c㏖c·㎏−1로 높았다. 토양의 입경분석 결과 모래 함량이 68.
- 천궁의 증산은 일출과 동시에 일사량이 증가함에 따라 증산이 높아졌고 일몰과 함께 증산이 낮아지는 경향을 잘 나타내었다. 기온변화에 따른 증산량을 분석하였으며 일출 후에 기온이 높아짐에 따라 증산도 높아지는 경향을 나타내었지만 하루 중 최고기온을 나타낼 때는 증산이 낮아지는 경향을 보였다 (Fig. 7).
- 관측되었다. 대기중 수분 상태와 천궁 잎 표면에서 대기 중으로 수증기가 확산 될 수 있는 정도를 평가하기 위하여 수증기압 차이를 분석한 결과 대기중 수증기압 차이는 평균 1.17 ㎪였고 최대 수증기압 차이는 5월 9일에 3.92 ㎪로 대기 중으로 수증기가 확산되기 쉬운 조건이었으며, 최저 수증기압은 6 월 4일 새벽에 0.13 ㎪로 다소 과습한 조건이었지만 대체로 맑은 날이 많아 천궁의 재배에 적합한 기상조건을 나타내었다. 노지에서는 식물에 유입되는 일사량은 태양의 방위각과 고도 각의 변화에 따라 주로 영향을 받지만 온실에서는 시설 구조물에 의한 그림자가 발생하게 되어 위치에 따른 일사 유입량 등의 미기상 환경 차이가 크게 발생할 수 있다.
- (1)과 같이 표현 될 수 있다. 따라서 천궁의 재배 과정 중 흡수된 수분의 97%는 증산에 의해 잠열로 방출되어 식물체내 열에너지의 소산에 대부분 이용하는 것으로 분석되었다.
- , 2019). 본 연구에서도 마찬가지로 시간에 따른 천궁의 엽면적 증가는 생장은 logistic growth 함수와 잘 일치 (r2 = 0.9545)하는 경향을 보였다. 천궁의 단위 엽면적당 증산량은 0.
- 온실 내부와 외부의 기온은 결정계수 0.7489로 선형적인 관계를 나타내었고 기울기는 1.2758로 외부 기온보다 온실이 높은 수준을 나타내었다. 일사량은 결정계수 0.
- 12%로 산출되었다. 온실에서 재배한 배추의 경우 총 증산량에 대한 건물 생산량은 평균 0.33%와 탄소 축적량은 0.13%를 나타내었으며 (Seo et al., 2019) 천궁을 대상으로 한 본 연구결과와 유사한 결과를 나타내어 증산과 건물 생산량 및 탄소 축적은 밀접한 관계가 있는 것으로 조사되었다.
- 2758로 외부 기온보다 온실이 높은 수준을 나타내었다. 일사량은 결정계수 0.7844로 역시 높은 선형관계를 보였으며 기울기는 0.5473으로 온실내로 유입되는 일사량은 약 46% 정도 감소하는 것으로 나타났다.
- 재배기간 동안 천궁은 유입된 일사 에너지의 약 30%가 증산을 통하여 대기중으로 잠열을 방출하며, 엽면적당 유입되는 일사량 변화와 동일한 양상으로 변화하였으며 일사량 변화에 밀접한 영향을 받는 것으로 조사되었다.
- 17 ㏖로 산출되었다. 재배기간 동안 천궁의 총 증산량은 10, 006g·plant−1으로 555.89 H2O ㏖ 이었고 천궁 생체에 포함된 수분의 양을 계산하면 276.93 g·plant−1로 15.39 H2O ㏖로 총 증산량에 대한 건물 생산량의 비율은 0.31%, 탄소 축적량의 비율은 0.12%로 산출되었다. 온실에서 재배한 배추의 경우 총 증산량에 대한 건물 생산량은 평균 0.
- 천궁 잎 출현 후 20 일까지 유입되는 일사량은 평균 8.1 MJ·day−1, 증산을 통한 잠열 방출량은 평균 2.6MJ·day−1로 일사량 유입에 대한 잠열 방출의 비율은 평균 32.5%로 조사되었다. 21 일부터 29 일까지 유입 일사량의 평균 값은 17.
- 42 c㏖c·㎏−1로 높았다. 토양의 입경분석 결과 모래 함량이 68.4%인 사양토로 분류되었다.
후속연구
- 그러므로 라이시미터를 이용하여 높은 정확도로 천궁의 실시간 증산량 관측이 가능한 것으로 확인이 되었고, 증산량 관측을 통하여 생장해석에 매우 유용하게 활용이 가능할 것으로 사료된다.
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